Trả lời nhanh
Mọi hiện tượng “vật có khối lượng bị kéo xuống đất” đều chứng tỏ ta sống trong trường hấp dẫn của Trái Đất. Ví dụ: quả bóng ném lên cao rồi rơi xuống, lá cây rụng khỏi cành, giọt mưa rơi, nước chảy từ chỗ cao xuống chỗ thấp và người nhảy dù rơi về phía mặt đất. Nguyên nhân chung là Trái Đất tác dụng lực hấp dẫn lên mọi vật, hướng về tâm Trái Đất.
Trường hấp dẫn là gì?
Xung quanh mỗi vật có khối lượng tồn tại một trường hấp dẫn. Khi một vật khác có khối lượng được đặt trong trường này, nó chịu lực hấp dẫn. Trái Đất có khối lượng rất lớn nên trường hấp dẫn của nó đủ mạnh để ta cảm nhận được ở mọi nơi gần mặt đất.
Đại lượng đặc trưng cho độ mạnh của trường tại một điểm là cường độ trường hấp dẫn g = F/m, trong đó F là lực hấp dẫn tác dụng lên vật có khối lượng m. Với Trái Đất, tại điểm cách tâm một khoảng r: g = GM/r², hướng vào tâm Trái Đất.
Bảng các ví dụ trong đời sống
| Hiện tượng | Giải thích bằng trường hấp dẫn |
|---|---|
| Ném quả bóng rổ lên cao, bóng rơi xuống | Sau khi rời tay, bóng chỉ còn chịu (chủ yếu) lực hấp dẫn nên chuyển động chậm dần khi đi lên rồi rơi xuống |
| Lá cây rụng, trái cây chín rơi khỏi cành | Khi cuống không còn giữ, lực hấp dẫn kéo chúng về phía đất |
| Mưa rơi từ đám mây xuống mặt đất | Giọt nước có khối lượng nên bị trường hấp dẫn kéo xuống |
| Nước chảy từ nơi cao xuống nơi thấp | Lực hấp dẫn làm nước dịch chuyển theo hướng xuống thấp |
| Dây dọi luôn treo thẳng đứng | Dây dọi nằm dọc theo phương của lực hấp dẫn, tức phương thẳng đứng |
| Cân lò xo cho số chỉ khi treo vật | Trọng lượng của vật là độ lớn lực hấp dẫn của Trái Đất tác dụng lên vật |
| Người nhảy dù rơi về phía đất | Trường hấp dẫn kéo người xuống, dù chỉ giúp tăng lực cản để rơi chậm lại |
| Khí quyển bao quanh Trái Đất, không bay mất | Trường hấp dẫn giữ các phân tử khí ở gần Trái Đất |
Tính cường độ trường hấp dẫn gần mặt đất
Với hằng số hấp dẫn G ≈ 6,67·10−11 N·m²/kg², khối lượng Trái Đất M ≈ 5,97·1024 kg và bán kính R ≈ 6,37·106 m:
g = GM/R² ≈ (6,67·10−11 × 5,97·1024) / (6,37·106)² ≈ 9,8 m/s².
Giá trị này chính là gia tốc rơi tự do mà em hay dùng khi giải bài tập. Nó cho thấy các ví dụ ở bảng trên không phải ngẫu nhiên mà đều xuất phát từ cùng một đại lượng.
Càng xa Trái Đất, trường càng yếu
- Ở độ cao bằng bán kính Trái Đất (cách tâm 2R), g giảm 4 lần, còn khoảng 2,45 m/s².
- Ở độ cao khoảng 400 km (quỹ đạo của trạm vũ trụ), g vẫn còn xấp xỉ 8,7 m/s².
Phi hành gia trên trạm vũ trụ có cảm giác “không trọng lượng” không phải vì trường hấp dẫn biến mất, mà vì cả người và trạm đang rơi tự do quanh Trái Đất cùng nhau.
Lỗi sai thường gặp
- Cho rằng trong vũ trụ không có trường hấp dẫn. Thực tế trường chỉ yếu dần theo khoảng cách chứ không mất hẳn.
- Nhầm trường hấp dẫn với lực hấp dẫn. Trường là môi trường bao quanh vật; lực là tác dụng lên vật đặt trong trường.
- Cho rằng vật nặng rơi nhanh hơn vật nhẹ. Khi bỏ qua sức cản không khí, mọi vật rơi với cùng gia tốc g tại cùng một nơi.
Bài tập tự luyện (có đáp án)
Bài 1. Nêu hai hiện tượng trong sinh hoạt hằng ngày ở nhà em cho thấy trường hấp dẫn của Trái Đất.
Gợi ý: làm rơi cái bút xuống sàn; nước đổ từ cốc xuống chậu.
Bài 2. Một vật có khối lượng 2 kg đặt gần mặt đất. Tính độ lớn lực hấp dẫn của Trái Đất lên vật (lấy g = 9,8 m/s²).
Đáp án: F = m·g = 2 × 9,8 = 19,6 N.
Bài 3. Ở độ cao bằng 2 lần bán kính Trái Đất so với mặt đất (cách tâm 3R), cường độ trường hấp dẫn bằng bao nhiêu phần của g gần mặt đất?
Đáp án: g tỉ lệ nghịch với r² nên giảm 9 lần, còn g/9 ≈ 1,09 m/s².
Câu hỏi thường gặp
Cho ví dụ hiện tượng chứng tỏ ta sống trong trường hấp dẫn của Trái Đất?
Ví dụ: quả bóng ném lên rồi rơi xuống, lá cây rụng, mưa rơi, nước chảy xuống chỗ thấp, người nhảy dù rơi về phía đất.
Cường độ trường hấp dẫn gần mặt đất bằng bao nhiêu?
Khoảng 9,8 m/s². Giá trị này tính từ g = GM/R² với khối lượng và bán kính của Trái Đất, và chính là gia tốc rơi tự do.
Vì sao phi hành gia trên trạm vũ trụ lại lơ lửng?
Vì họ cùng trạm đang rơi tự do quanh Trái Đất. Trường hấp dẫn ở đó vẫn còn khoảng 8,7 m/s², không hề biến mất.